[发明专利]一种基于五轴打印平台沿轴向打印弯管的3D打印方法

说明书

本发明涉及一种基于五轴打印平台沿轴向打印弯管的3D打印方法，具体步骤如下：根据模型STL文件的三角面片数据，提取模型中性骨架点集，对中性骨架点集进行曲线拟合得到中性骨架曲线，在模型的中性骨架曲线上选取切片点，沿垂直于中性骨架曲线切线方向的平面进行切片。根据切片方法以及三角面片数据，获得截面点集，拟合点集获得截面方程。通过截面方程，求出与Z轴方向平行的切平面上的坐标。再通过旋转以及平移截面的方法求出其他切平面上弯管的坐标，完成弯管所有坐标的读取。再通过坐标转换的方法，将当前弯管所在位置的坐标转换成打印时的坐标。最后生成五轴3D打印机识别的G代码，输入打印机，在已有的支撑上完成打印。

技术领域

本发明涉及空间3D打印技术领域，具体涉及一种基于五轴打印平台沿轴向打印弯管的3D打印方法。

背景技术

3D打印是一种增材制造技术，以数字模型文件为基础，利用计算机将模型切成一系列有厚度的薄片，3D打印设备自下而上地制造出每一层薄片，最后叠加成型出三维的实体。这种制造技术无需传统的刀具或模具，可以实现传统工艺难以或无法加工的复杂结构的制造，并且可以有效简化生产工序，缩短制造周期。

现有的3D打印机多为三自由度，制造形式都是沿着Z轴方向逐层堆积成形，切片方式为平面切片。用这种方法打印出来的弯管，沿Z轴的拉伸强度较低，若能沿弯管的轴向方向打印弯管，则能提高弯管的强度。但是，现在还没有沿弯管轴向方向3D打印弯管的方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提出一种基于五轴打印平台沿轴向打印弯管的3D打印方法。

为达到上述目的，本发明的构思是：

根据模型STL文件的三角面片数据，提取模型中性骨架点集，对中性骨架点集进行曲线拟合得到中性骨架曲线，在模型的中性骨架曲线上选取切片点，沿垂直于中性骨架曲线切线方向的平面进行切片。根据切片方法以及三角面片数据，获得截面点集，拟合点集获得截面方程。通过截面方程，求出与Z轴方向平行的切平面上的坐标。再通过旋转以及平移截面的方法求出其他切平面上弯管的坐标，完成弯管所有坐标的读取。再通过坐标转换的方法，将当前弯管所在位置的坐标转换成打印时的坐标。最后生成五轴3D打印机识别的G代码，输入打印机，在已有的支撑上完成打印。

根据上述构思，本发明是通过以下技术方案实现的：

第一步：利用计算机辅助设计软件建立制件三维模型，使模型两端尽量处于水平位置，并以STL格式存储数据文件；

第二步：将模型置于空间直角坐标系下，根据五轴联动3D打印机的特点，增加绕X轴旋转的A轴(打印平台摆动轴)和绕Z轴旋转的C轴(打印平台旋转轴)；

第三步：读取STL文件中的三角面片，提取三维模型的中性骨架点集；

第四步：对提取到的中性骨架点集，进行曲线拟合得到模型的中性骨架曲线，并用空间坐标方程表示得到的中性骨架曲线；

第五步：根据模型的中性骨架曲线弧长，结合打印精度要求，对中性骨架曲线进行分段，以垂直于中性骨架曲线切线方向的平面为切平面，求出切平面与中性骨架曲线的交点以及切平面与水平面的夹角；

第六步：根据模型的切片方法以及STL文件中的三角面片数据，获取切平面上截面的点集，通过曲线拟合获得截面方程。根据打印线宽，求出与Z轴方向平行的切平面上弯管的坐标，以及打印时平台C轴需要转动的角度；

第七步：通过旋转以及平移截面的方法，将切平面与水平面的夹角转换为截面的旋转角，求出其他切平面上弯管的坐标；

第八步：根据平台C轴需要转动的角度，求出打印时模型的坐标；

第九步：生成G代码，将G代码导入五轴3D打印机主控板中，在已有支撑上实现打印；